JP2007519281A - Signal decoding method and apparatus - Google Patents
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Abstract
この発明は一般に、特にsphere復号による信号を復号する方法、装置およびプロセッサ制御コードに関係する。複数の値のうち1つの値を有する事によって生成されるシンボルを複数シンボル用いてシンボル列として符号化された後送信され、チャネルを通って受信した信号を復号するための方法であり、チャネルによって決定される多次元格子の、ある領域内のシンボルの候補を探索する事によってシンボル候補の列であるシンボル列の候補を一つ以上探索し、前記格子は前記シンボル列の各シンボルに対応する一つの次元を有し、前記領域は前記受信信号からの距離によって定義されており、前記受信信号に対して前記シンボル列の候補を一つ以上選択する事によって前記シンボル列を復号する事を含み、前記シンボル候補の探索は前記送信されたシンボルの候補値を選択し、選択された前記候補により定義された前記格子が前記受信信号からの境界距離の内側にあるか否かをテストする事を含み、前記探索を、制限された回数の候補シンボルをテストした後に止める機能を具備する事を特徴とする信号復号方法。
【選択図】 図4The present invention generally relates to a method, apparatus and processor control code for decoding a signal, particularly by sphere decoding. A method for decoding a signal generated by having one value out of a plurality of values encoded as a symbol string using a plurality of symbols and then received through a channel. One or more symbol sequence candidates that are sequences of symbol candidates are searched by searching for symbol candidates in a certain area of the determined multidimensional lattice, and the lattice corresponds to each symbol of the symbol sequence. The region is defined by a distance from the received signal, and includes decoding the symbol sequence by selecting one or more candidate symbol sequences for the received signal; The symbol candidate search selects a candidate value of the transmitted symbol, and the lattice defined by the selected candidate is a boundary from the received signal. The method comprising testing whether the inside of the distance, the search and limited that signal decoding method comprising for a function to stop the candidate symbol number after testing.
[Selection] Figure 4
Description
この発明は一般に信号を復号するための方法、装置及びプロセッサ制御コードに関係し、特にsphere復号によるプロセッサ制御コードに関係する。 The present invention relates generally to a method, apparatus and processor control code for decoding a signal, and more particularly to processor control code with sphere decoding.
sphere復号は信号処理の分野においてさまざまな応用範囲を有する技術である。ここで、特定の参照はMIMO(多入力多出力)チャネル上で受信される信号、および空間-時間復号への技術の応用になされるであろう。しかしながら、ここに説明される発明の実施例は、多ユーザシステムのような関連システム、および他の類似の復号、例えば、CDMA(符号分割多元接続) システムの多ユーザ判定器に適用することができる。 Sphere decoding is a technique having various application ranges in the field of signal processing. Here, a specific reference will be made to the signal received on a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel and the application of the technique to space-time decoding. However, embodiments of the invention described herein can be applied to related systems, such as multi-user systems, and other similar decoding, eg, multi-user determinators in CDMA (Code Division Multiple Access) systems. .
データ伝送速度の向上及び、同等に、利用可能な帯域幅を一定の伝送速度でさらに効率的に利用する手段に対して継続的な要求がある。現在、(ヨーロッパでは)Hiperlan/2、及び(米国では)IEEE802.11aといったWLAN(無線ローカル・エリア・ネットワーク)が最高54Mビット/秒のデータ伝送速度を提供している。複数の送受信アンテナを使用するとこれらのデータ伝送速度を非常に増加させる可能性があるが、1つの受信アンテナで全ての送信アンテナからの信号を受信するのでMIMOチャネル上で受信された信号を復号することは困難である。異なるチャネル上で伝送されるシンボルは無相関ではあるが、同様の問題は多ユーザシステムにおいても起こる。従って、MIMOシステムについて復号技術の改良の必要性がある。これらの技術は無線LANにおいて、可能性として第四世代移動電話網において、または他の多くの通信システム形式において適用性がある。 There is an ongoing need for improved data transmission rates and, equivalently, means for more efficiently using available bandwidth at a constant transmission rate. Currently, wireless local area networks (WLANs) such as Hiperlan / 2 (in Europe) and IEEE 802.11a (in the United States) offer data transmission rates of up to 54 Mbit / s. The use of multiple transmit / receive antennas can significantly increase these data transmission rates, but one receive antenna receives signals from all transmit antennas, so it decodes the signals received on the MIMO channel. It is difficult. Although symbols transmitted on different channels are uncorrelated, a similar problem occurs in multi-user systems. Therefore, there is a need for improved decoding techniques for MIMO systems. These technologies have applicability in wireless LANs, possibly in fourth generation mobile telephone networks, or in many other communication system types.
図1は典型的なMIMOデータ通信システム100を示す。データ源102は(情報ビットまたはシンボルを含む)データをチャネル符号器104に提供する。チャネル符号器は一般的に再帰的組織畳込み(recursive systematic convolutional:RSC)符号器のような畳込み符号器、またはさらに強力な所謂ターボ符号器(インタリ−ブ器を含む)を具備する。入力したビットよりも多くのビットが出力され、一般的に符号化率は2分の1または3分の1が主に用いられる。チャネル符号器104にはチャネル・インタリーブ器106、そして示された例では空間‐時間符号器108が続く。空間‐時間符号器108は複数の各送信アンテナ110から同時伝送のために複数の符号シンボルとして入力シンボル(単一または複数のシンボル)を符号化する。
FIG. 1 shows a typical MIMO
空間‐時間符号化は符号器の一つとして記述され、空間及び時間伝送ダイバシティを提供するためデータに作用する符号化行列(coding matrix)によって記述される;これは伝送のための符号化シンボルを提供するために変調器に続く。空間‐周波数符号化が追加して(または代わりに)使用される。このように、広い意味では、入力シンボルはダイバシティ増加のための空間及び時間及び/または周波数座標を有する格子(grid)の中に分配される。空間‐周波数符号化が使われる所で、個別の周波数チャネルはOFDM(直交周波数分割多重化)搬送波上に変調され、cyclic prefixがチャネル分散の影響を緩和するために各伝送シンボルに付加される。 Space-time coding is described as one of the encoders and is described by a coding matrix that operates on the data to provide space and time transmission diversity; this is a coding symbol for transmission. Follow the modulator to provide. Space-frequency coding is used in addition (or instead). Thus, in a broad sense, input symbols are distributed in a grid having space and time and / or frequency coordinates for increased diversity. Where space-frequency coding is used, individual frequency channels are modulated onto OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) carriers, and a cyclic prefix is added to each transmission symbol to mitigate the effects of channel dispersion.
符号化伝送信号はMIMOチャネル112を経由して受信アンテナ114に伝播し、アンテナは複数の入力を空間‐時間(及び/または周波数)復号器116へ提供する。復号器は符号器108及びMIMOチャネル112の影響を取除くという役目(task)を持ち、sphere復号器によって実施される。復号器116の出力は複数の信号ストリームを各送信アンテナについて1つ含み、各々は特定の値を有する伝送シンボルの確率に基づき所謂軟出力、または尤度データを搬送する。このデータはチャネル・インタリーブ器106の結果を反転するチャネルデインタリーブ器118に提供され、そして畳込み符号を復号するビタビ(Viterbi)復号器のようなチャネル復号器120に提供される。一般的に、チャネル復号器120はSISO(soft-in soft-out)復号器であり、それは受信シンボル(または、ビット)の尤度データであり、硬判定復号器より出力として精度の高い尤度データを提供する。チャネル復号器120の出力はある所望の方法においてデータをさらに処理するためにデータ・シンク122に提供される。
The encoded transmission signal propagates via the
通信システムによっては、所謂ターボ復号が適用されチャネル復号器120からの軟出力がチャネル・インタリーブ器106と同一のチャネル・インタリーブ器124に提供され、それは反復空間‐時間(及び/または周波数)及びチャネル復号のために復号器116に軟出力(尤度)データを順に提供する。このように反復復号を適用する場合は誤り検査ビットを含めることなどにより、誤りの有無を復号器に伝えることができると効果的である。
In some communication systems, so-called turbo decoding is applied and the soft output from the
前述の通信システムにおいてチャネル符号化及び空間‐時間符号化の双方は時間ダイバシティを提供し、斯くしてこのダイバシティは達成できる追加の信号対雑音比利得の項における戻送逓減の法則に従うことが理解されるであろう。このようにある特定の空間‐時間/周波数復号器によって提供される便宜性を考慮するとき、これらはチャネル符号化を含むシステムの状況において最もよく考慮される。 It is understood that both channel coding and space-time coding provide time diversity in the communication system described above, and thus this diversity follows the law of diminishing return in the additional signal-to-noise ratio gain terms that can be achieved. Will be done. Thus, when considering the convenience provided by certain space-time / frequency decoders, these are best considered in the context of systems involving channel coding.
通信システム100において最も困難な作業の1つは復号器116によって行われる空間‐時間(或いは、周波数)ブロック符号(STBC)の復号であり、これは受信機において相互に干渉している伝送シンボルを分離することが含まれるためである。最適なSTBC復号器は事後確率(APP)復号器 で、それは全ての可能な伝送シンボルの徹底的な探索を行う。そのような復号器はすべての送信アンテナについてあらゆる伝送される可能性のある信号点を考慮し、全ての可能な受信号を計算することによって実際に受信信号とこれらを比較しかつ最もありそうな解として最も近いユークリッド距離を有する信号を選定する。しかしながら、考慮する組合せの数は、わずかな数のアンテナ、16QAM(直交振幅変調)などの変調方式、および比較的短い時間の分散でさえ莫大であり、アプローチの複雑さはデータ伝送速度とともに指数関数的に増大する。したがって、準最適なアプローチは技術的かつ商業的に重要である。
One of the most difficult tasks in the
空間‐時間ブロック復号のためのいくつかの一般的な選択はゼロフォーシング、及び最小平均2乗誤差(MMSE)推定器といった線型推定器を含む。ゼロフォーシング方式は伝送シンボルの列の推定値を直接計算するために適用され、もしくは推定シンボルは前に計算されたシンボルの影響を次が決定される前に減算する「逐次干渉抑制」方法で1つずつ決定される。この手法では、例えば、最も信頼度の高いシンボルを最初に計算することができる。 Some common choices for space-time block decoding include linear estimators such as zero forcing and minimum mean square error (MMSE) estimators. The zero forcing scheme is applied to directly calculate an estimate of the sequence of transmitted symbols, or the estimated symbol is a “sequential interference suppression” method that subtracts the effect of the previously calculated symbol before the next is determined. It is decided one by one. In this method, for example, the most reliable symbol can be calculated first.
sphere復号または復調は、広い意味で探索空間を(行列チャネル応答及び/または空間-時間符号器に依存して)格子として表現し、そして受信信号を中心とする所定の半径の超球内に位置する格子点を生成する可能なシンボル列上だけで、伝送シンボル列に関する最良の推定値を探索することによって、大きく負荷を制限し、APP復号器の性能に近づけることができる。最尤解はチャネルによって修正されたとき、対応する受信信号に最も近いチャネルの影響を加味した伝送信号である。実際、行列チャネル応答及び/または空間‐時間符号器は矩形格子から入力点空間を歪ませる傾向があり、概念的には、入力点空間における探索領域は球よりはむしろ楕円体になる。 Sphere decoding or demodulation broadly represents the search space as a lattice (depending on the matrix channel response and / or space-time encoder) and is located within a hypersphere of a given radius centered on the received signal By searching for the best estimated value for the transmission symbol sequence only on the possible symbol sequences that generate the grid points to be performed, the load can be greatly limited and the performance of the APP decoder can be approached. The maximum likelihood solution is a transmission signal that takes into account the influence of the channel closest to the corresponding received signal when corrected by the channel. In fact, matrix channel responses and / or space-time encoders tend to distort the input point space from a rectangular grid, and conceptually the search area in the input point space is an ellipsoid rather than a sphere.
探索空間は全体の格子から単に小部分の格子まで減少するので、探索に必要な計算の数はAPP復号器と比べ大幅に削減され、かつ似通った特性を得ることができる。しかしながら、そのような手順の実用的な適用において、いくつかの問題がある。まず第1に、格子点が受信信号の必要な距離内にあるかどうかを確認しなければならない。これは比較的簡単な手順であり、以下で概説される。しかしながら、第2にどんな半径を採用するか決めなければならない。これは探索の速度にとって重要であり、いくつかの、しかし多過ぎない格子点が半径内で見つかるように選択されなければならない。その半径は雑音レベルに従って、及び随意的にチャネルに従って調整される。しかしながら、探索半径を定めても探索数が定まらないというより微妙な問題がさらにあり、実用的なシステムにおいて、それはsphere復号化計算(および、したがって利用可能なデータ伝送速度)の演算に必要な時間が決定できないことを意味する。これは発明の実施例により処理される1つの問題である。 Since the search space is reduced from the entire lattice to just a small portion of the lattice, the number of computations required for the search is greatly reduced compared to an APP decoder and similar characteristics can be obtained. However, there are several problems in the practical application of such a procedure. First of all, it must be checked whether the grid points are within the required distance of the received signal. This is a relatively simple procedure and is outlined below. However, secondly you have to decide what radius to adopt. This is important for the speed of the search, and several but not too many grid points must be chosen so that they are found within the radius. The radius is adjusted according to the noise level and optionally according to the channel. However, there is a more subtle problem that the number of searches is not fixed even if the search radius is determined, and in a practical system, it is the time required to calculate the sphere decoding calculation (and hence the available data rate). Means cannot be determined. This is one problem addressed by embodiments of the invention.
sphere復号に関する背景の従来技術は下記において見ることができる:
E.Agrell、T.Eriksson、A.Vardy and K.Zeger、「Closest Point Search in Lattices」、IEEE Trans. on Information Theory、vol.48、no.8、Aug .2000; E.Viterbo and J.Boutros、「A universal lattice code decoder for fading channels」、IEEE Trans. Inform、Theory ,vol.45、no.5、pp.1639〜1642、Jul.1999; O.Damen、A.Chkeif and J.C.Belfiore、「Lattice code decoder for space-time codes」、IEEE Comms. Letter、vol.4、no.5、pp.161〜163、May 2000; B.M.Hochwald and S.T.Brink、「Achieving near capacity on a multiple-antenna channel」、http://mars.bell-labs.com/cm/ms/what/papers/listsphere/ 、December 2002;「On the expected complexity of sphere decoding」、in Conference Record of the Thirty-Fifth Asimolar Conference on Signal,Systems and Computers,2001、vol.2、pp.1051〜1055;B.Hassibi and H.Vikalo、「Maximum-Likelihood Decoding and Integer Least-Squares : The Expected Complexity」、in Multiantenna Channels: Capacity, Coding and Signal Processing (J.Foschini and S.Verdu)、http://www.its.caltech.edu/〜hvika1o/dimacs.ps; A.M.Chan、「A New Reduced-Complexity Sphere Decoder For Multiple Antenna System」、IEEE International Conference on Communications、2002、vol.1、April-May 2002; L.Brunel、J.J.Boutros、「Lattice decoding for joint detection in direct-sequence CDMA systems」、IEEE Transactions on Information Theory, Volume:49、Issue:4、April 2003、pp.1030〜1037;A.Wiesel、X.Mestre、A.Pages and J.R.Fonollosa、「Efficient Implementation of Sphere Demodulation」Proceedings of IV IEEE Signal Processing Advances in Wireless Communications、pp.535、Rome、June 15-18,2003;US Patent Application Number US2003/0076890B.M.Hochwald and S.Ten Brink、 filed July 26,2002,「Method and apparatus for detection and decoding of signals received from a linear propagation channel」、to Lucent Technologies;US Patent Application Number US2002/0114410L.Brunel、filed August 22,2002,「Multiuser detection method and device in DS-CDMA mode」、to Mitsubishi; H.Vikalo、「Sphere Decoding Algorithms for Digital Communications」、PhD Thesis, Stanford University,2003; B.Hassibi and H.Vikalo、「Maximum-Likelihood Decoding and Integer Least-Squares: The Expected Complexity」、in Multiantenna Channels: Capacity, Coding and Signal Processing,(editors J.Foschini and S.Verdu)。
Background prior art on sphere decoding can be found at:
E. Agrell, T. Eriksson, A.M. Vardy and K. Zeger, “Closest Point Search in Lattices”, IEEE Trans. On Information Theory, vol. 48, no. 8, Aug. 2000; Viterbo and J. Boutros, “A universal lattice code decoder for fading channels”, IEEE Trans. Inform, Theory, vol. 45, no. 5, pp. 1639-1642, Jul. 1999; Damen, A. Chkeif and J. C. Belfiore, “Lattice code decoder for space-time codes”, IEEE Comms. Letter, vol. 4, no. 5, pp. 161-163, May 2000; M. Hochwald and S. T. Brink, “Achieving near capacity on a multiple-antenna channel”, http://mars.bell-labs.com/cm/ms/what/papers/listsphere/, December 2002; “On the expected complexity of sphere decoding”, in Conference Record of the Thirty-Fifth Asimolar Conference on Signal, Systems and Computers, 2001, vol. 2, pp. 1051-1055; Hassibi and H. Vikalo, “Maximum-Likelihood Decoding and Integer Least-Squares: The Expected Complexity”, in Multiantenna Channels: Capacity, Coding and Signal Processing (J. Foschini and S. Verdu), http://www.its.caltech.edu/ ~ Hvika1o / dimacs.ps; M. Chan, “A New Reduced-Complexity Sphere Decoder For Multiple Antenna System”, IEEE International Conference on Communications, 2002, vol. 1, April-May 2002; Brunel, J.H. J. Boutros, “Lattice decoding for joint detection in direct-sequence CDMA systems”, IEEE Transactions on Information Theory, Volume: 49, Issue: 4, April 2003, pp. 1030-1037; Wiesel, X. Mestre, A. Pages and J. R. Fonollosa, “Efficient Implementation of Sphere Demodulation” Proceedings of IV IEEE Signal Processing Advances in Wireless Communications, pp. 535, Rome, June 15-18, 2003; US Patent Application Number US 2003 / 0076890B. M. Hochwald and S. Ten Brink, filed July 26, 2002, “Method and apparatus for detection and decoding of signals received from a linear propagation channel”, to Lucent Technologies; US Patent Application Number US2002 / 0114410L. Brunel, filed August 22, 2002, “Multiuser detection method and device in DS-CDMA mode”, to Mitsubishi; Vikalo, “Sphere Decoding Algorithms for Digital Communications”, PhD Thesis, Stanford University, 2003; Hassibi and H. Vikalo, “Maximum-Likelihood Decoding and Integer Least-Squares: The Expected Complexity”, in Multiantenna Channels: Capacity, Coding and Signal Processing, (editors J. Foschini and S. Verdu).
例えば、Agrell等の論文は入力が任意のm次元整数、即ちx∈Zmである無限格子についての最近接点(closest-point)探索を述べており、格子復号及び探索方法の基本的な概念を概説しているが、しかし、単に硬判定出力を提供する方法を述べているに過ぎない。他の論文の大部分は探索領域境界の評価を必要とし、それにもかかわらず境界を限られた計算量の計算を保証しない。 For example, Agrell et al. Describe a closest-point search for an infinite lattice whose input is an arbitrary m-dimensional integer, ie, x∈Z m , and the basic concepts of lattice decoding and search methods are described. Although outlined, it merely describes how to provide a hard decision output. Most of the other papers require evaluation of search area boundaries, and nevertheless do not guarantee the computation of bounded complexity.
他の復号器または判定器(ここで両者は元来伝送されたデータを検出している同様の問題を解こうとすることを意味しているので、それらの用語は実質的に同じ意味で使用される)はビタビ復号器(指数計算の複雑さがある)のようなトレリス復号器、及びV-BLAST(Bell labs Layered Space Time)復号器及びブロック判定フィードバック等化器といった、準最適な性能を提供する複雑さ低減判定器を含む。 Other decoders or determinators (where both terms are meant to solve a similar problem of detecting the originally transmitted data, so the terms are used interchangeably) Sub-optimal performance such as trellis decoders such as Viterbi decoders (with exponential complexity), and V-BLAST (Bell labs Layered Space Time) decoders and block decision feedback equalizers. Includes a reduced complexity determiner.
この点で、sphere復号処理手順の動作の概観を提供することは助けになる。N伝送シンボルの列について、N次元格子が探索され、(列の第1のシンボルに対応する)N番目次元層によって始まる。送信される可能性のある全ての信号点からあるシンボルがこの階層の信号として選択され、受信信号からの生成格子点の距離が検査される。格子点がこの距離の中にあれば、その処理手順は列における次のシンボルに関する値を選択し、N−1次元における受信信号から生成格子点の距離を検査する。その処理手順は順に連続する各シンボルを検査し続け、全てが範囲の中にあれば、それは1つの次元における格子点に最終的に収斂する。シンボルが選ばれた半径の外にあれば、その処理手順は一つ上の階層に戻り、検査のためその層(次元)における次の可能なシンボルを選択する。このように、その処理手順は最も低い節点(nodes)がシンボルの完全な列に対応するツリーを作り、且つツリーのn番目のレベルの節点の数が関連のn番目次元のsphere内部の格子点の数に対応する。 In this regard, it is helpful to provide an overview of the operation of the sphere decoding procedure. For a sequence of N transmitted symbols, an N-dimensional lattice is searched, starting with the Nth dimensional layer (corresponding to the first symbol in the sequence). A symbol from all signal points that can be transmitted is selected as a signal in this hierarchy, and the distance of the generated grid point from the received signal is examined. If the grid point is within this distance, the procedure selects the value for the next symbol in the column and examines the distance of the generated grid point from the received signal in N-1 dimensions. The procedure continues to examine each successive symbol in sequence, and if everything is in range, it eventually converges to a grid point in one dimension. If the symbol is outside the selected radius, the procedure returns to the next higher hierarchy and selects the next possible symbol in that layer (dimension) for inspection. In this way, the procedure creates a tree with the lowest nodes corresponding to the complete sequence of symbols, and the number of nodes at the nth level of the tree is the grid point inside the associated nth dimension sphere. Corresponds to the number of.
シンボル列の完全な候補が見出されるとき、受信信号とシンボル列から生成された格子点の距離が見出される。なお、最尤解の探索において、より最適な解はこの距離よりも受信信号に近い点に存在するので、初期半径をこの距離まで減少させることができる。ツリーが完成されたとき、受信信号に最も近い格子点を選択することによって、復号器は硬出力、即ち、最尤解を提供するために使用することができる。代りに、軟出力を求めるためには受信信号に最も近い複数の格子点を用いて、例えば関連する尤度値として受信信号からこれらの各々の距離を使用して提供することができる。多くの並べ替えが、さらに以下で説明されるように、受信信号に最も短い距離メトリックを有する格子点を持つ候補の部分集合を選択するために提案された。また、探索を通して固定探索半径を設定し、固定探索半径より小さい距離メトリックを提供する信号候補の部分集合を用いる手法も提案されている。 When a complete symbol string candidate is found, the distance between the received signal and the grid point generated from the symbol string is found. In the search for the maximum likelihood solution, since a more optimal solution exists at a point closer to the received signal than this distance, the initial radius can be reduced to this distance. When the tree is completed, the decoder can be used to provide a hard output, ie, a maximum likelihood solution, by selecting the closest grid point to the received signal. Alternatively, the soft output can be determined using a plurality of grid points closest to the received signal, eg, using each of these distances from the received signal as an associated likelihood value. A number of permutations have been proposed to select a subset of candidates with grid points that have the shortest distance metric in the received signal, as further described below. Also proposed is a method using a subset of signal candidates that sets a fixed search radius through search and provides a distance metric smaller than the fixed search radius.
複数の値のうち1つの値を有する事によって生成されるシンボルを複数シンボル用いてシンボル列として符号化された後送信され、チャネルを通って受信した信号を復号するための方法が提案され、復号方法は、チャネルによって決定される多次元格子の、ある領域内のシンボルの候補を探索する事によってシンボル候補の列であるシンボル列の候補を一つ以上探索し、前記格子は前記シンボル列の各シンボルに対応する一つの次元を有し、前記領域は前記受信信号からの距離によって定義されており、前記受信信号に対して前記シンボル列の候補を一つ以上選択する事によって前記シンボル列を復号する事を含み、前記シンボル候補の探索は前記送信されたシンボルの候補値を選択し、選択された前記候補により定義された前記格子が前記受信信号からの境界距離の内側にあるか否かをテストする事を含み、前記探索を、制限された回数の候補シンボルをテストした後に止める機能を含む。 A method for decoding a signal that is transmitted after being encoded as a symbol string using a plurality of symbols and having been generated by having one value among a plurality of values and received through a channel is proposed. The method searches for one or more symbol sequence candidates, which are sequences of symbol candidates, by searching for symbol candidates in a certain region of a multi-dimensional lattice determined by a channel, and the lattice includes each symbol sequence. It has one dimension corresponding to a symbol, and the region is defined by a distance from the received signal, and the symbol sequence is decoded by selecting one or more candidate symbol sequences for the received signal. The symbol candidate search selects a candidate value of the transmitted symbol, and the lattice defined by the selected candidate is the The method comprising testing whether the inside of the boundary distance from Shin signal, said search includes functionality to stop after testing the candidate symbols of the limited number of times.
実施例によれば、シンボル候補のテスト (および/または、候補距離決定)を制限された回数で打ち切ることによって演算負荷の上限が定められ、かつ、復号解が欠如するようなリスクが生じることもなく、一定の速度で送信された信号の復号を可能にする。テストすることは、選択された候補、より厳密に言えば、選択された候補により生成された格子点または層が受信信号から境界距離の中にあるか否かを決定する事である。実施例において、候補シンボルテストは、シンボルが境界距離の内側または外側にあるかどうか、または、シンボルが推定された伝送列の最後のシンボルかどうかを決定するテストを含む。したがって、これらの3つのカテゴリのそれぞれの場合の数はカウントされ、予め定められた制限カウントに達した後に探索することは止められる。 According to the embodiment, the upper limit of the computation load is determined by terminating the symbol candidate test (and / or candidate distance determination) a limited number of times, and there is a risk that the decoding solution is lacking. And enables decoding of signals transmitted at a constant rate. Testing is to determine whether the selected candidate, or more precisely, the grid point or layer generated by the selected candidate is within the boundary distance from the received signal. In an embodiment, the candidate symbol test includes a test that determines whether the symbol is inside or outside the boundary distance, or whether the symbol is the last symbol in the estimated transmission sequence. Therefore, the number of cases in each of these three categories is counted and searching is stopped after reaching a predetermined limit count.
実施例では、(初期)の境界距離または半径は、これが例えば候補シンボルテストの予定された数によって構成されたツリーに影響を及ぼすなら、まだ復号処理に効果を有する。この理由で、境界距離または半径は、例えば、雑音や雑音の分散および/またはチャネル応答に依存して適応的に変更されてもよい。 In an embodiment, the (initial) boundary distance or radius will still have an effect on the decoding process if this affects the tree constructed by, for example, the planned number of candidate symbol tests. For this reason, the boundary distance or radius may be adaptively changed depending on, for example, noise or noise variance and / or channel response.
手順は列の各シンボルについて候補値をテストすることを試みるが、チャネルおよび受信信号に依存して、ツリーのエンドノードで列について候補シンボルの少なくとも1つの完全な組を有する完全なツリーが構成されないかもしれない。探索がシンボル列の候補を位置つけることに失敗するとき、線形の、好ましくはゼロフォーシングの推定値が復号手順の出力として提供されるかもしれない。その他、逐次干渉抑圧およびMMSE解などの、どんな線形推定値が採用されてもかまわない。一般に各シンボルは1以上のビットによって定義されるので、シンボルの列はビットの列を定義する。そして復号はビット列の各ビットについて確率値を供給することを含む(あるいはさらに含む)かもしれない。シンボル列の候補が位置付けられないとき、ゼロフォーシングによって推定されたシンボルはそのような各ビットの軟出力を計算するために用いることができる。 The procedure tries to test the candidate values for each symbol in the column, but depending on the channel and the received signal, a complete tree with at least one complete set of candidate symbols for the column is not constructed at the end node of the tree It may be. When the search fails to locate a candidate symbol sequence, a linear, preferably zero-forcing estimate may be provided as the output of the decoding procedure. In addition, any linear estimation value such as successive interference suppression and MMSE solution may be adopted. In general, each symbol is defined by one or more bits, so a sequence of symbols defines a sequence of bits. Decoding may then include (or further include) providing a probability value for each bit of the bit string. When no candidate symbol sequence is located, the symbols estimated by zero forcing can be used to calculate the soft output of each such bit.
復号は出力としてシンボル列の最小距離候補を選択することにより硬出力を提供するかもしれない、または、複数のシンボル列を確率に関連する値、(例えばシンボル列によって較正される格子点と受信信号の距離)といっしょに出力する事によって、いわゆる軟出力を提供するかもしれない。探索は、チャネル応答によって決定された多次元の格子のある領域内に格子点を形成するシンボル列の候補を探索する。軟出力は、事実上、並べかえの必要性を避けるために探索により発見されるシンボル列の候補のすべて(の確率)を用いて計算してもよい。一般に各シンボルは1ビット以上の送信ビットと関連づけられており、復号は見つけられた全てのシンボル列の候補(少なくとも一つ以上)に基づき計算される各ビットの確率を出力するように構成されてもかまわない。ビットの確率値は、ビットがそれぞれ第1および第2の論理値を持っている(確認された候補列の)シンボルの組に基づいて、第1および第2論理レベルを有するビットについての尤度値の比率を取ることによって決定されるかもしれない。ここで、あるビットに関して、候補列のどんなシンボルもそのような値を持たない場合、あるいはこれらの値とそのような比率が計算することができず、ビットのデフォルト確率値が、例えば別の論理値に関する最小距離メトリックに基づいて、または50などのデフォルト最大値を含んで提供されるかもしれない。 Decoding may provide a hard output by selecting a minimum distance candidate for the symbol sequence as an output, or a plurality of symbol sequences with values related to probabilities, eg, grid points and received signals calibrated by the symbol sequence May provide a so-called soft output. In the search, a candidate for a symbol string that forms a lattice point in a region having a multidimensional lattice determined by the channel response is searched. The soft output may be calculated using all (probabilities) of candidate symbol sequences found by the search to avoid the need for reordering in practice. In general, each symbol is associated with one or more transmitted bits, and decoding is configured to output the probability of each bit calculated based on all (at least one) candidate symbol sequences found. It doesn't matter. The probability value of a bit is the likelihood for a bit having first and second logic levels based on the set of symbols (in the confirmed candidate sequence) where the bit has first and second logic values, respectively. May be determined by taking a ratio of values. Here, for any bit, if no symbol in the candidate sequence has such a value, or these values and such a ratio cannot be calculated, the default probability value of the bit may be different logic, for example. May be provided based on a minimum distance metric for the value or including a default maximum value such as 50.
好ましい実施例において、候補シンボルのための探索は、例えば、受信信号およびチャネルの応答から決定された、伝送信号のゼロフォーシング推定値(または別の線形か計算するのが簡単な推定値)から距離を増加するように進行する。このアプローチは、(例えば、探索がシンボル列のうち、信頼度が高いシンボルで始まることができるように)探索された層に、および/またはある層(次元)またはツリーノードでコンステレーションの信頼度が高い順に選択するようにしてもかまわない。 In the preferred embodiment, the search for candidate symbols is a distance from the zero-forcing estimate of the transmitted signal (or another linear or simple estimate to calculate), eg, determined from the received signal and channel response. Proceed to increase. This approach can be applied to the constellation reliability at the searched layer and / or at a certain layer (dimension) or tree node (eg, so that the search can start with a reliable symbol in the symbol sequence). You may make it select in order with high.
シンボルの列は、多ユーザ通信システムにおける複数のユーザから伝送されたシンボル、またはMIMO通信システム(どちらの場合も、行列・チャネルのフォームを含むチャネル)において、複数の送信アンテナにより送信され、かつ第2の複数の受信アンテナにより受信されたシンボルの列、を含むかもしれない。MIMO通信システムでは、シンボルの列は、空間-時間ブロックコード(STBC)のシンボル、または空間-時間トレリスコード(STTC)のシンボル、または空間-周波数コードのシンボル、あるいは空間-時間/周波数コードのシンボルを含むかもしれない。空間-周波数のコード化信号は、例えば、複数の搬送波を有するOFDM(直交周波数分割多重化)システムで複数の周波数チャネルに亘って符号化され、その場合に、復号器は直列-並列変換器および高速フーリエ変換器により、続いて逆フーリエ変換器および並列-直列変換器により前処理されるかもしれない。 The sequence of symbols is transmitted by multiple transmit antennas in a symbol transmitted from multiple users in a multi-user communication system or in a MIMO communication system (in each case a channel including a matrix / channel form) and A sequence of symbols received by two multiple receive antennas. In a MIMO communication system, a symbol sequence is a space-time block code (STBC) symbol, a space-time trellis code (STTC) symbol, a space-frequency code symbol, or a space-time / frequency code symbol. May include. The space-frequency coded signal is encoded across multiple frequency channels, for example in an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system with multiple carriers, in which case the decoder comprises a serial-to-parallel converter and It may be preprocessed by a fast Fourier transformer, followed by an inverse Fourier transformer and a parallel-serial converter.
上述された方法は、例えばインタリーブブロックコード復号とチャネル復号を有するターボ復号器に採用されるかもしれないことが認識されるであろう。
発明はさらに上述された方法を実施するように構成される復号器、およびそのような復号器を含む受信機を提供する。
It will be appreciated that the method described above may be employed, for example, in a turbo decoder with interleaved block code decoding and channel decoding.
The invention further provides a decoder configured to implement the method described above, and a receiver including such a decoder.
したがって、発明のさらなる態様では、複数の値のうち1つの値を有する事によって生成されるシンボルを複数シンボル用いてシンボル列として符号化された後送信され、チャネルを通って受信した信号を復号する復号器が提供され、復号器は、チャネルによって決定される多次元格子の、ある領域内のシンボルの候補を探索する事によってシンボル候補の列であるシンボル列の候補を一つ以上探索し、前記格子は前記シンボル列の各シンボルに対応する一つの次元を有し、前記領域は前記受信信号からの距離によって定義されており、前記受信信号に対して前記シンボル列の候補を一つ以上選択する事によって前記シンボル列を復号する事を含み、前記シンボル候補の探索は前記送信されたシンボルの候補値を選択し、選択された前記候補により定義された前記格子が前記受信信号からの境界距離の内側にあるか否かをテストする事を含み、前記探索を、制限された回数の候補シンボルをテストした後に止める機能を含む。 Accordingly, in a further aspect of the invention, a symbol generated by having one value among a plurality of values is encoded as a symbol string using a plurality of symbols, and then transmitted and decoded through a channel. A decoder is provided, and the decoder searches for one or more symbol sequence candidates that are sequences of symbol candidates by searching for candidate symbols in a region of a multidimensional lattice determined by a channel, The lattice has one dimension corresponding to each symbol of the symbol sequence, the region is defined by a distance from the received signal, and selects one or more symbol sequence candidates for the received signal. Decoding the symbol sequence, wherein the symbol candidate search selects a candidate value of the transmitted symbol and the selected candidate The method comprising testing whether more defined the grid is inside the boundary distance from the received signal, said search includes functionality to stop after testing the candidate symbols of the limited number of times.
発明の上記態様において、多次元の格子は、送信機において付加的にまたは代わりに、採用された空間-時間符号やまたは他の符号により決定されるかもしれない。
別の関連する態様では、発明はMIMOチャネル上で伝送されるシンボルの列を含む受信信号を復号する復号器を提供し、復号器は、列について候補シンボルの受信信号空間における受信信号からの距離を決定することにより、受信信号の半径内の伝送されたシンボル列の候補を探索し、復号されたデータ出力を提供するsphere復号器と、距離判定回路をカウントし、カウントに応答して探索することを止めるためにsphere復号器を制御するsphere復号器コントローラとを含む。
In the above aspect of the invention, the multi-dimensional lattice may additionally or alternatively be determined by the adopted space-time code or other code at the transmitter.
In another related aspect, the invention provides a decoder that decodes a received signal that includes a sequence of symbols transmitted on a MIMO channel, where the decoder is a distance from the received signal in the received signal space of candidate symbols for the sequence. By searching for a transmitted symbol string candidate within the radius of the received signal, the sphere decoder that provides the decoded data output, and a distance determination circuit are counted and searched in response to the count A sphere decoder controller that controls the sphere decoder to stop it.
望ましくは、復号器は伝送シンボルの初期推定値を決定するシンボル推定器を含み、そしてsphere復号器は、初期推定値から始めて、距離メトリックを決定することにより受信信号の半径の中に格子点を発生させる伝送シンボル列の候補を探索するかもしれない。 Preferably, the decoder includes a symbol estimator that determines an initial estimate of the transmitted symbol, and the sphere decoder starts with the initial estimate and determines a grid point in the radius of the received signal by determining a distance metric. It may search for transmission symbol sequence candidates to be generated.
上述の方法及び復号器はプロセッサ制御コードを使用して実施され、および/またはプロセッサ制御コードにおいて具体化されることを当業者は認識するであろう。このようにさらなる態様において、本発明は、例えば、ディスク、CD‐ROMまたはDVD‐ROMや、読取専用メモリのようなプログラムされたメモリ(Firmware)のような記録媒体または光学または電気信号担体のようなデータ担体上でそのようなコードを提供する。発明の実施例はDSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)上で実施される。このように、そのコードは従来のプログラム・コード、または、例えば、ASICまたはFPGAを設定し、または制御するコードを含む。いくつかの実施例において、そのコードはVerilog(商標名)またはVHDL(Very high Speed integrated circuit Hardware Description Language)といったハードウェア記述言語に関するコードを含む。当業者は理解するであろうが、本発明の実施例に関するプロセッサ制御コードは相互に関係する複数の接続部品の間で分配されることもある。 One skilled in the art will recognize that the above-described methods and decoders are implemented using processor control code and / or embodied in processor control code. Thus, in a further aspect, the invention relates to a recording medium such as a disc, CD-ROM or DVD-ROM, or a programmed memory such as a read-only memory or an optical or electrical signal carrier. Provide such a code on a simple data carrier. Embodiments of the invention are implemented on a DSP (Digital Signal Processor), ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array). Thus, the code includes conventional program code or code that sets or controls, for example, an ASIC or FPGA. In some embodiments, the code includes code relating to a hardware description language such as Verilog ™ or Very High Speed integrated circuit Hardware Description Language (VHDL). Those skilled in the art will appreciate that the processor control code for embodiments of the present invention may be distributed among a plurality of interconnected components.
これらの及び他の本発明の態様は付随の図面を参照して例についてのみここでさらに記述される。 These and other aspects of the present invention will now be further described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.
発明の実施例は、sphere復号の原理上の問題である演算量が一意に定まらない問題を解決し、特に伝送シンボルの可能な候補を発見するために行われる探索の数を制限することによって、計算量の上限を設定する。その上発明の実施例は、十分な信号の候補が見つかってない場合も最大事後確率復号のための尤度に近似する軟出力を求める方法を提供する。発明の実施例は空間-時間復号または判定に関して議論が、それに制限されるものではない。 The embodiment of the invention solves the problem of the sphere decoding principle that the amount of computation is not uniquely determined, and in particular by limiting the number of searches performed to find possible candidates for transmission symbols, Set the upper limit of computational complexity. Moreover, embodiments of the invention provide a method for obtaining a soft output that approximates the likelihood for maximum a posteriori probability decoding even when sufficient signal candidates are not found. Embodiments of the invention are discussed with respect to space-time decoding or determination, but are not limited thereto.
ここでnTの送信信号及びnRの受信信号(または、等価的に、nT及びnR成分をそれぞれ持つ送信及び受信信号)による空間‐時間伝送方式について考える。時間kにおける1×nRの受信信号ベクトルは: Consider a space-time transmission scheme using n T transmission signals and n R reception signals (or equivalently, transmission and reception signals having n T and n R components, respectively). The 1 × n R received signal vector at time k is:
すべての線形空間-時間ブロックコード化伝送方式は式1の形に書くことができる。
例えば、BLAST(G.J.Foschini、「Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multi-element antennas」、Bell Labs. Tech. J. vol.1、no.2、pp.41〜59、1996)は階層構造の信号を送信するために送信アンテナを使用し、従ってnTは送信アンテナの数を表し、nRは受信アンテナの数を表し、
All linear space-time block coded transmission schemes can be written in the form of
For example, BLAST (GJ Foschini, “Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multi-element antennas”, Bell Labs. Tech. J. vol. 1, no. 2, pp. 41- 59, 1996) use transmit antennas to transmit hierarchical signals, so n T represents the number of transmit antennas, n R represents the number of receive antennas,
はqビットの伝送データ・ビットを持つベクトルで、qはシンボル当たりのビットの数である。
Is a vector with q bits of transmitted data bits and q is the number of bits per symbol.
及びLE(・)項は
And L E (
及び
Xn,j −1={x|xj n=−1}
である。
云換えれば、例えば式6の分子における和はビットxj n=+1を持つ全てのシンボルに亘るものである。
And X n, j −1 = {x | x j n = −1}
It is.
In other words, for example, the sum in the numerator of Equation 6 is over all symbols with bits x j n = + 1.
この近似は式8a及び8bによって定義された範囲外の距離メトリックを提供する候補がAPP判定への大きな寄与をしないことを仮定している(式6参照)。sphere復号アルゴリズムは式8aか8bのいずれかを満たす候補のリストを素早く見出す処理手順を提供する。
This approximation assumes that candidates that provide distance metrics outside the range defined by Equations 8a and 8b do not make a significant contribution to the APP decision (see Equation 6). The sphere decoding algorithm provides a procedure for quickly finding a list of candidates that satisfy either of the equations 8a or 8b.
また格子復号器(Viterbo及びBoutros、同書)として知られる元のsphere復号器は最尤推定を提供し、それは実のコンステレーション及びチャネルに関する伝送シンボルの硬出力であり、通信システムを格子として表す。ここで我々は、この元のアイデアに基づいて、複数アンテナ・システムに適した軟入力/軟出力sphere復号器の特別な実施例を述べる。 The original sphere decoder, also known as the lattice decoder (Viterbo and Boutros, ibid.), Provides maximum likelihood estimation, which is a hard output of transmission symbols for real constellations and channels, representing the communication system as a lattice. Here, based on this original idea, we describe a specific embodiment of a soft input / soft output sphere decoder suitable for a multiple antenna system.
複数アンテナシステムの格子表現を得るために、式1の複素行列表現(時間インデックスkを無視する)は以下の通り元のシステムの2倍の次元で実数の行列表現に変えることができる:
r=sH+v 式9
ここで
To obtain a grid representation of a multi-antenna system, the complex matrix representation of Equation 1 (ignoring the time index k) can be changed to a real matrix representation with twice the dimensions of the original system as follows:
r = sH + v Equation 9
here
n‐次元格子は(n−1)‐次元格子層に分解することができる。n‐次元格子の探索アルゴリズムは有限個の(n−1)‐次元探索アルゴリズムとして再帰的に記述することができる。Viterbo及びBoutros(同書)は探索の3つの異なる状態、または場合に関して探索アルゴリズムを記述した: An n-dimensional lattice can be decomposed into (n-1) -dimensional lattice layers. An n-dimensional lattice search algorithm can be recursively described as a finite number of (n-1) -dimensional search algorithms. Viterbo and Boutros (ibid) described the search algorithm for three different states, or cases of search:
UTU=HTH 式14
U T U = H T H Formula 14
ρn 2=ρn+1 2−dn 2 式17
探索アルゴリズムで使用される距離メトリックを述べてきたので、探索される集団シンボルの順序付けについて以下に説明する。距離メトリックは(今、実数値表現を使用して)次のように書くことができる:
ρ n 2 = ρ n + 1 2 -
Having described the distance metrics used in the search algorithm, the ordering of the collective symbols to be searched will be described below. The distance metric can now be written as follows (using a real-valued representation):
索引表を用いて探索されるシンボルを順序付けする方法は、A.Wiesel、X.Mestre、A.Pages and J.R.Fonollosa、「Efficient Implementation of Sphere Demodulation」、IV IEEE Signal Processing Advances in Wireless Communications、pp.535、Rome、June15-18,2003、にさらに詳細に記述され、これによって引用文献として組込まれている。
A method for ordering symbols to be searched using an index table is as follows. Wiesel, X. Mestre, A. Pages and J. R. Fonollosa, “Efficient Implementation of Sphere Demodulation”, IV IEEE Signal Processing Advances in Wireless Communications, pp. 535, Rome, June 15-18, 2003, which is hereby incorporated by reference.
要するに、処理手順は3つの主な処理を含む:
i)格子表現への多入力多出力(MIMO)チャネルの変換。
ii)硬判定の場合には受信信号に最も近い格子点を探索し、そして軟判定の場合には受信信号の周囲の格子点の集合を探索する探索処理手順。軟入力が利用可能なところでは、伝送信号または符号語の事前確率が提供されると、これは探索を補助するために利用することができる(また、例えば、H.Vikalo and B.Hassibi、「Low-Complexity Iterative Detection and Decoding of Multi-Antenna Systems Employing Channel and Space-Time Codes」、Conference Record of the Thirty-Sixth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, vol.1、Nov. 3-6,2002、pp.294〜298、及びH.Vikalo and B.Hassibi、「Towards Closing the Capacity Gap on Multiple Antenna Channels」、ICASSP‘02、vol.3、pp.III‐2385〜III‐2388、参照)。
iii)軟出力が必要とされるところでは、軟入力及び探索地域において見出された格子点の集合に基づいて軟出力を提供する(これは硬判定sphere復号器については不必要である)。
In short, the processing procedure includes three main processes:
i) Conversion of multiple-input multiple-output (MIMO) channel to lattice representation.
ii) A search processing procedure for searching for a lattice point closest to the received signal in the case of a hard decision and searching for a set of lattice points around the received signal in the case of a soft decision. Where soft input is available, given a prior probability of the transmitted signal or codeword, this can be used to aid the search (see also, for example, H. Vikalo and B. Hassibi, “ Low-Complexity Iterative Detection and Decoding of Multi-Antenna Systems Employing Channel and Space-Time Codes, Conference Record of the Thirty-Sixth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, vol.1, Nov. 3-6, 2002, pp 294-298, and H. Vikalo and B. Hassibi, “Towards Closing the Capacity Gap on Multiple Antenna Channels”, ICASSP '02, vol. 3, pp. III-2385 to III-2388).
iii) Where soft output is required, provide soft output based on the soft input and the set of grid points found in the search area (this is unnecessary for hard decision sphere decoders).
以前に言及されたように、公知のsphere復号器は、チャネルの統計的性質と使用される空間-時間コードの型に依存して可変の計算量に悩まされるが、計算量は境界を制限されないし、一意に定まらない。しかしながら、探索のために必要とされる多くの距離メトリックdn計算が実際の計算量を決定するので、ここで我々は実行された探索の最大数を設定または制限することにより、sphere復号器の計算量を制限する。 As previously mentioned, known sphere decoders suffer from variable complexity depending on the statistical properties of the channel and the type of space-time code used, but the complexity is not bounded by boundaries And it is not uniquely determined. However, since the many distance metric d n calculations required for the search determine the actual complexity, we now set or limit the maximum number of searches performed to allow the sphere decoder to Limit the amount of computation.
そのような手順を実行するsphere復号器のフローチャートが図3に示される。変更を有する通常のsphere復号手順に基づく図3において、格子H(F=H-1、ここにFは三角行列である)の生成行列は通信システムの格子表現であり、受信信号はrである(探索手順のための生成行列と同様に前処理される)。手順の出力はsML、symbollistおよびdistlistである。出力sMLは受信信号rに最も近い格子点に対応する格子入力(伝送された信号) であり、最尤解である。出力symbollistは探索領域で発見された格子点に対応する格子入力のリストである。出力distlistはsymbollistでの格子入力に対応する距離メトリックのリストである。 A flowchart of a sphere decoder that performs such a procedure is shown in FIG. In FIG. 3, based on the normal sphere decoding procedure with modifications, the generator matrix of the lattice H (F = H −1 , where F is a triangular matrix) is the lattice representation of the communication system and the received signal is r (Preprocessed in the same way as the generator matrix for the search procedure). The output of the procedure is s ML , symbollist and distlist. The output sML is a lattice input (transmitted signal) corresponding to the lattice point closest to the received signal r, and is the maximum likelihood solution. The output symbollist is a list of grid inputs corresponding to the grid points found in the search area. The output distlist is a list of distance metrics corresponding to the grid inputs in symbollist.
探索領域が探索半径ρ2によって定義される。機能SortedList(en,n)は信号en,nから増加する距離に従って探索されるべき可能なシンボルの順序つけられたリストを提供する。したがってslistnは長さM(slistがN × M行列であるので) のベクトルであり、stepnは1乃至Mのカウントある。記法slistn,IはベクトルslistnのI番目の要素を云う。n次元目の探索におけるゼロフォーシング解はen:=rFにより与えらる。未知の数(推定されるべきシンボルの列の長さ)はNであり(IとQ成分が推定されるべきであることを留意すると、1シンボルあたり2つ未知があるので、未知数は倍増する)、探索される可能なシンボルの数(コンステレーションにおける)はMである。 The search area is defined by the search radius ρ 2 . The function SortedList (e n, n ) provides an ordered list of possible symbols to be searched according to increasing distance from the signal e n, n . Therefore, slist n is a vector of length M (since slist is an N × M matrix), and step n has a count of 1 to M. The notation slist n, I refers to the I-th element of the vector slist n . The zero forcing solution in the nth dimension search is given by e n : = rF. The unknown number (the length of the sequence of symbols to be estimated) is N (noting that I and Q components should be estimated, there are two unknowns per symbol, so the unknown doubles ), The number of possible symbols searched (in the constellation) is M.
3つのケース A、B、およびCが上述されたようにある; 概して手順はn=Nを初期化して、すべてが試験されるまで(slistnのすべてのシンボルがn次元目の探索において試験されたとき、examined_allが真になる) slist順序でシンボルを試験し、探索半径ρ2の外側にあるとき一つ上の階層に移動し(ケース C)、ツリー(n= =N)の先端に戻るとき終了する。試験されたケース(A、BまたはC)の総数が試験され、すなわち、決定された距離メトリックdnの数が変数n_searched(開始でゼロに初期化される)によりカウントされ、手順は制限値max_n_searchedを超えるとき止められる。 There are three cases A, B, and C as described above; generally the procedure initializes n = N and until all are tested (all symbols in slist n are tested in the nth dimension search) (Examined_all becomes true) Tests symbols in slist order, moves up one level when outside the search radius ρ 2 (case C), and returns to the top of the tree (n == N) When finished. The total number of tested cases (A, B or C) were tested, i.e., the number of the determined distance metrics d n is counted by the variable N_searched (initialized to zero at the start), the procedure limits max_n_searched Stop when you exceed.
これは図4に要約され、それは探索(表 1参照) に関する異なった状態または場合にしたがって、3つの異なる処理ブロックに探索手順を分割し、データマルチプレクサーによって確認されるケース A、BまたはCに従って、データを処理A、BまたはCに多重化する。カウントはループの各行程(またはそれぞれの多重化操作)中は保たれ、制限された値に達すると手順は止められる。その制限はあらかじめ設定されてもよいし、アプリケーションまたはデータ伝送速度に従って選択してもよい。各処理ブロック(A、B、C)は、格子点の距離メトリック、または現在どの階層で処理を実施しているのかを評価し、探索の状態を評価して、探索されるべき次の格子点(または層) を選択する。データフローおよび処理ブロックは探索の状態を定義する条件またはケースに従って選択される。したがって、探索の“反復”の最大数は、判定器の実現に必要である値や有効な最大(例えば、予め定められた) 数のフロップ(1秒あたりの浮動小数点演算)、速度またはデータスループット(1秒あたりのデータビット)に従って設定される。探索の数を制限することにより、その結果、sphere復号器の計算量は上限が設定される。 This is summarized in Figure 4, which divides the search procedure into three different processing blocks according to different states or cases for the search (see Table 1), according to cases A, B or C as confirmed by the data multiplexer. , Multiplex data into process A, B or C. The count is maintained during each iteration of the loop (or each multiplexing operation) and the procedure is stopped when a limited value is reached. The limit may be preset or selected according to the application or data transmission rate. Each processing block (A, B, C) evaluates the distance metric of the grid point, or which hierarchy is currently being processed, evaluates the state of the search, and next grid point to be searched (Or layer). Data flows and processing blocks are selected according to conditions or cases that define the state of the search. Therefore, the maximum number of search “iterations” can be the value required to implement a discriminator, the maximum number of valid (eg, predetermined) flops (floating point operations per second), speed or data throughput. Set according to (Data bits per second). By limiting the number of searches, the computational amount of the sphere decoder is thereby set to an upper limit.
概して、発明の実施例において、sphere復号器はsphere復号手順によって実行される探索の最大数を定義することにより、境界を定めたまたは制限された最大複雑さを有する。これはアプリケーションのためまたはアプリケーションから期待されるデータの伝送速度やスループット、または予め定められた計算量(または、フロップ)に従って定義されるべき手順の安定性を提供する。 In general, in an embodiment of the invention, the sphere decoder has a maximum complexity bounded or limited by defining the maximum number of searches performed by the sphere decoding procedure. This provides the stability of the procedure to be defined according to the transmission rate and throughput of data expected for or from the application, or a predetermined amount of computation (or flop).
好ましいsphere復号器構成のさらなる特徴は以下で説明される。これらの1つ以上が手順を制限する上述の探索と関連して、そうでなければ通常の復号器において別々に実行されるかもしれない。
どんな候補も発見されないなら、すなわち、データシンボルまたはコードは、試験されまたは探索されるべき予め定められた最大数のポイントについて(または探索領域の予め定められたサイズについて)、探索領域で発見されるn次元格子点でないなら、ゼロフォーシング解(または、MMSE解のような別の線形解)が推定されたn次元伝送列シンボルまたは符号語として提供されてもよい。ゼロフォーシング解は、第1の探索によって得られるものであってもいいし、以前に発見されたシンボルの効果が相殺される各探索階層構造において再推定されるゼロフォーシング解であってもよい。この後者の場合では、“相殺”は相殺が‘最も強い'信号から‘最も弱い'信号の順に実行されるかもしれない。この順序付けされたゼロフォーシング解は列並べ替え付きQR分解を使用して格子生成行列を前処理することにより得られるかもしれない(例えば、D.Wubben,R.Bohnke,J.Rinas、V.Kuhn and K.D.Kammeyer「Efficient algorithm for decoding layered space-time codes」IEEE Electronics Letters、vol.37,pp.1348-1350参照、ここに、引用文献として組み込まれる)。ゼロフォーシング解の選択はアプリケーション全体に依存して選択されるかもしれない。
Additional features of the preferred sphere decoder configuration are described below. One or more of these may be performed separately in a normal decoder, otherwise in conjunction with the above search limiting procedure.
If no candidate is found, that is, a data symbol or code is found in the search area for a predetermined maximum number of points to be tested or searched (or for a predetermined size of the search area) If it is not an n-dimensional grid point, a zero forcing solution (or another linear solution such as an MMSE solution) may be provided as an estimated n-dimensional transmission sequence symbol or codeword. The zero forcing solution may be obtained by a first search or may be a zero forcing solution re-estimated in each search hierarchy where the effect of previously discovered symbols is offset. In this latter case, “cancellation” may be performed in the order of “strongest” signal to “weakest” signal. This ordered zero-forcing solution may be obtained by preprocessing the grid generator matrix using a QR permutation with column permutation (eg D. Wubben, R. Bohnke, J. Rinas, V. Kuhn and KDKammeyer “Efficient algorithm for decoding layered space-time codes” IEEE Electronics Letters, vol. 37, pp. 1348-1350, incorporated herein by reference). The choice of zero forcing solution may be chosen depending on the entire application.
軟出力情報は以下で式23または24に示されるゼロフォーシング解s” (または、別の線形解) から得られるかもしれない。 Soft output information may be obtained from the zero forcing solution s "(or another linear solution) shown below in Equation 23 or 24.
それぞれビットxn j=+1およびxn j=-1を含む候補に対応しているいずれかのリストL+1またはL-1が空で発見された場合について、デフォルトLLR値が他の非空リストおよび/またはその距離メトリックにおいて発見されたシンボルの数に従って与えられる。例えば、L-1が空であり、リストL+1で発見された最小距離メトリックがd2 minであるなら、付随的なLLRが以下の通り近似される。 The case where each bit x n j = + 1 and x n j = list of any which corresponds to the candidate containing -1 L +1 or L -1 is found empty, the default LLR value other non Given according to the number of symbols found in the empty list and / or its distance metric. For example, if L −1 is empty and the minimum distance metric found in the list L +1 is d 2 min , then the incidental LLR is approximated as follows:
我々は次に探索戦略を説明する。式8に示されるように、受信信号または出力空間でsphere半径によって定義される特定の球体探索領域に関して、伝送信号または入力空間に対応する探索規制がある。発明の実施例では、探索規制の下限および上限の明白な計算は、第n次元における第1の探索層が入力空間のゼロフォーシング解の第n要素であるように探索される層を順序付けることにより回避される。その後の探索は、探索されるべき層の順序が入力空間のゼロフォーシング解から距離を増加するようにするのが望ましい。探索される第n次元層が受信信号に関してsphere半径より大きい累積距離メトリックを有するとき、探索された第n層は現在の探索階層構造の入力境界と考えられ、格子探索は次の探索階層構造で実行される。
We next explain the search strategy. As shown in Equation 8, for a particular sphere search region defined by the sphere radius in the received signal or output space, there is a search constraint corresponding to the transmitted signal or input space. In an embodiment of the invention, the explicit calculation of the lower and upper limits of the search restriction orders the layers searched so that the first search layer in the nth dimension is the nth element of the zero-forcing solution in the input space. Is avoided by Subsequent searches are preferably such that the order of layers to be searched increases the distance from the zero-forcing solution in the input space. When the searched nth dimension layer has a cumulative distance metric with respect to the received signal that is greater than the sphere radius, the searched nth layer is considered the input boundary of the current search hierarchy, and the lattice search is the next search hierarchy Executed.
ここでビット確率値に話を変えると、sphere復号器の探索手順から得られる距離メトリックは、復号器から軟出力を提供する軟出力情報計算ブロックに渡され利用されるかもしれない。再び式6を思い出して、受信されたチャネルベクトルrを条件とする復号されたまたは検出されたビットxn jの事後LLRに関する軟出力は、以下のように推定されることができる: Turning now to bit probability values, the distance metric obtained from the search procedure of the sphere decoder may be passed to the soft output information computation block that provides the soft output from the decoder. Recalling Equation 6 again, the soft output for the a posteriori LLR of the decoded or detected bits x n j subject to the received channel vector r can be estimated as follows:
雑音の分散は、総合的なシステム設計に依存して、任意の便利な方法で得られるかもしれない。例えば、雑音分散はチャネルインパルス応答が推定されるところでトレーニング期間中得られるかもしれない。トレーニング期間中、伝送シンボル系列は既知である。推定されたチャネルインパルス応答と共に、“雑音のない”受信信号が得られる。雑音分散は、“雑音のない”受信信号の系列を知っている、“トレーニング期間”中に受信された信号の系列の雑音統計値を評価することから推定されるかもしれない。 The noise variance may be obtained in any convenient way, depending on the overall system design. For example, noise variance may be obtained during the training period where the channel impulse response is estimated. During the training period, the transmission symbol sequence is known. A “no-noise” received signal is obtained with an estimated channel impulse response. Noise variance may be estimated from evaluating the noise statistic of the sequence of signals received during the “training period”, knowing the sequence of received signals “no noise”.
項dx 2はビットベクトルxの空間-時間シンボル写像から得られるシンボルsに対応している探索アルゴリズムから得られる距離メトリックである。事前LLRLAはsphere復号器への軟入力から得られるかもしれない。項LEは外部LLRである。事前LLRLAはチャネル復号器または別の空間-時間復号器などの外部の構成要素から得られる。また、事前LLRLAは反復復号構造が採用されるなら、前の反復の復号からの外部LLRLEであるかもしれない。軟出力が事後または外部LLRのいずれから提供されるかはアプリケーションに依存する。 The term d x 2 is a distance metric obtained from the search algorithm corresponding to the symbol s obtained from the space-time symbol mapping of the bit vector x. The prior LLRL A may be obtained from a soft input to the sphere decoder. Section L E is an external LLR. The pre-LLLR A is obtained from an external component such as a channel decoder or another space-time decoder. The prior LLRL A may also be an outer LLRL E from the previous iteration decoding if an iterative decoding structure is employed. Whether the soft output is provided after the fact or from an external LLR depends on the application.
式27における和の対数の計算は従来のヤコビアン(Jacobian)対数関係(また“sam-log”近似として知られている(例えば、P.Robertson,E.Villebrun and P.Hoher, 「A comparison of optimal and sub-optimal MAP decoding algorithm operating in the log domain」)、in IEEE Intern.Conf.On Commun.1995 pp.1009-1013)、または“最大-ログ”近似によって近似されることができる。前に議論したように、リストL+1およびL-1の1つまたは両方が空であると発見され、またはどんなシンボルもxn j=+1および/またはxn j=-1に対応して発見されない場合について、デフォルトLLR値は他の非空リストの中で発見されたシンボルの数に従って与えられるかもしれない。両方のリストが空であるならば、ソフトゼロフォーシング解の軟出力に基づく通常のLLR値が提供されるかもしれない。 The logarithm of the sum in Equation 27 is known as the conventional Jacobian logarithmic relationship (also known as the “sam-log” approximation (eg, P. Robertson, E. Villebrun and P. Hoher, “A comparison of optimal and sub-optimal MAP decoding algorithm operating in the log domain ”), in IEEE Intern. Conf. On Commun. 1995 pp. 1009-1013), or“ maximum-log ”approximation. As previously discussed, one or both of the lists L +1 and L -1 are found to be empty, or any symbol corresponds to x n j = + 1 and / or x n j = -1. For cases where no default is found, the default LLR value may be given according to the number of symbols found in other non-empty lists. If both lists are empty, a normal LLR value based on the soft output of the soft zero forcing solution may be provided.
リストL+1およびL-1の占有(即ち、+1/-1の与えられたビットの値を持っている発見された数の候補解(格子点))に対応して式27、式23/24または式25/26に基づく復号器からの出力の選択は、図5のフローチャートで要約される。
図5に示されるように、sphere復号アルゴリズムが受信信号に対する最も近い格子点に達したことが知られる前に(我々は、例えば上述された(部分的な)ツリーが完成されるのでこれが到達された時を知る)、sphere復号アルゴリズムが止められるならば、ここまでに発見された最も近いポイントは実際に最も近いかもしれないし、そうでないかもしれない。これは図5の判定ボックスの左側のブランチである。この場合、図5に示されたものに代替があり、それは例えばゼロフォーシング(ZF)解、またはデフォルト値を使用するなどの、解を決定するためにそれほど複雑でない線形判定器を使用することである。
Equations 27 and 23 correspond to the occupancy of lists L + 1 and L- 1 (i.e., the number of candidate solutions found (grid points) having a given bit value of + 1 / -1). The selection of the output from the decoder based on / 24 or
As shown in Fig. 5, this is reached before the sphere decoding algorithm is known to have reached the closest lattice point for the received signal (we have for example completed the (partial) tree described above. If the sphere decoding algorithm is stopped, the closest point found so far may or may not be the closest in fact. This is the left branch of the decision box in FIG. In this case, there is an alternative to what is shown in FIG. 5, which uses a zero forcing (ZF) solution, or a less complex linear determiner to determine the solution, such as using default values. is there.
前述したように、探索領域の範囲を定義しているsphere半径が発見された候補または受信信号に近い格子点から得られた軟出力の信頼性を決定する。sphere半径は、図6に示されるAPP検出にかなり貢献する格子点の候補のリストを得るために固定値に設定することもでき、または例えば受信状態に応答してsphere半径が調整されることもできる。しかしながら、硬判定出力に関しては、sphere半径は、最後に見つけられた格子点と受信信号の距離に減少してもよい。 As described above, the reliability of the soft output obtained from the candidate where the sphere radius defining the range of the search area is found or the lattice point close to the received signal is determined. The sphere radius can be set to a fixed value to obtain a list of grid point candidates that contribute significantly to the APP detection shown in FIG. 6, or the sphere radius can be adjusted, eg, in response to reception conditions. it can. However, for hard decision output, the sphere radius may be reduced to the distance between the last found grid point and the received signal.
図6は上述された方法の処理手順の実施例を実施するために構成された復号器を組込んだ受信機300を示す。
受信機300は1以上の受信アンテナ302a、b(例示の実施例にはその2つが示されている)を含み、各々はそれぞれのRFフロントエンド(高周波前置部)304a、bに接続され、そこからそれぞれのアナログ・ディジタル変換器306a、b及びディジタル信号プロセッサ(DSP)308に接続されている。DSP308は一般的に1以上のプロセッサ308a及び作業用メモリ308bを含むであろう。DSP308はデータ出力310、及びDSPをフラッシュRAMまたはROMといった永久的プログラム・メモリ314に接続するアドレス、データ及び制御バス312を持っている。永久的プログラム・メモリ314はDSP308のためにコード及び随意的にデータ構造或いはデータ構造定義を記憶する。
FIG. 6 shows a
The
例示されたように、プログラム・メモリ314は上述された機能に対応する実施をDSP308で実行するとき、格子生成コード(行列チャネル推定値からの)、ゼロフォーシング推定コード、ツリー形成/探索コード、反復制限コード及び、軟出力復号器のためにソフト情報評価コードを含むsphere復号器コード314aを含む。また、プログラムメモリ314はMIMOチャネル推定値Hを提供するMIMOチャネル推定コード314b、及び、随意的に、デインタリーブ器コード314c、インタリーブ器コード314d、チャネル復号器コード314eを含む。デインタリーブ器コード、インタリーブ器コード、及びチャネル復号器コードの実装は当業者には周知である。随意的に、永久的プログラム・メモリ314内のコードは光学もしくは電気信号担体または、図6に例示されたように、フロッピ・ディスク316といった担体上で提供される。
As illustrated,
DSP308からのデータ出力310は要望どおりさらに受信機300(図6には示されてない)のデータ処理要素に提供される。これらは高レベルのプロトコルを実施するためのベースバンド・データ・プロセッサである。
受信機の前置部(front-end)は一般にハードウェアに実装され、一方、1以上のASIC及び/またはFPGAもまた使用されるが、受信機処理は少なくとも部分的にソフトウェアに実装される。受信機の全ての機能はハードウェアにおいて行うことができること、及び信号がソフトウェア無線機においてディジタル化される厳密な採点基準は一般に費用/複雑さ/電力消費の取捨選択によって決まることを当業者は認識するであろう。
The receiver front-end is typically implemented in hardware, while one or more ASICs and / or FPGAs are also used, but the receiver processing is at least partially implemented in software. Those skilled in the art will recognize that all functions of the receiver can be performed in hardware, and that the exact scoring criteria by which signals are digitized in software defined radios is generally determined by cost / complexity / power consumption choices. Will do.
他の実施例では、復号器は、例えば軟入力/軟出力空間‐時間復号器を実装する信号処理モジュールとして提供される。
概要では、発明の実施例は、図3および4に示されるようにデータフローにおいて反復の最大数を定義することにより、即ち、可能な伝送シンボルの候補を位置付けるために実行される探索の数を制限することにより、計算量の上限を定められた方式を実施する。探索アルゴリズムは、3つの異なったケースまたは探索の状態に関連している3つの部分処理(または、処理ブロック)に分解されることができる。それぞれの処理ブロックは、格子点の距離メトリックまたは処理を実行している階層がどの階層なのかを評価し、探索の状態を評価し、探索されるべき次の格子点または層を選択する。データフローおよび処理ブロックは探索の状態を定義する条件またはケースに従って選択される(表1参照)。反復/探索の最大数に到達している探索手順によっても何ら格子点が発見されない(十分な候補が発見されない)とき、または探索境界内に格子点がないとき、ゼロフォーシング解のような線形解がデフォルト判定シンボルまたは符号語として提供されるかもしれない。軟判定のため、軟出力がソフトゼロフォーシング解の軟出力から得られる。リストL+1およびL-1のどちらか1つが空であると発見される場合について、デフォルトLLR値が、例えば他の非空リストおよび/またはその距離メトリックにおいて発見されたシンボルの数に従って提供される。これらのリストの両方が母集団にあるところでは、探索領域で発見される格子点の1つ以上の記憶された距離メトリックが、軟出力ビット確率を評価する処理に渡される。
In other embodiments, the decoder is provided as a signal processing module that implements, for example, a soft input / soft output space-time decoder.
In summary, embodiments of the invention define the maximum number of iterations in the data flow as shown in FIGS. 3 and 4, i.e., the number of searches performed to locate possible transmission symbol candidates. By limiting, a method with an upper limit of calculation amount is implemented. The search algorithm can be broken down into three partial processes (or processing blocks) that are associated with three different cases or search states. Each processing block evaluates the distance metric of the grid point or which hierarchy is executing the process, evaluates the state of the search, and selects the next grid point or layer to be searched. Data flows and processing blocks are selected according to conditions or cases that define the state of the search (see Table 1). A linear solution, such as a zero forcing solution, when no grid points are found by the search procedure reaching the maximum number of iterations / searches (no enough candidates are found), or when there are no grid points within the search boundary. May be provided as default decision symbols or codewords. Because of the soft decision, a soft output is obtained from the soft output of the soft zero forcing solution. For cases where one of the lists L + 1 and L- 1 is found to be empty, a default LLR value is provided, for example according to the number of symbols found in other non-empty lists and / or their distance metrics The Where both of these lists are in the population, one or more stored distance metrics of the grid points found in the search region are passed to the process of evaluating the soft output bit probability.
図7は連接チャネル符号器を持つ送信機のブロック図を示す;周波数選択性チャネルは「符号器」であると考えることができる。図7において、符号器2は従来のチャネル符号器を含み、符号器1はチャネルと組合わされたSTBC符号器である。
図8は図7の送信機と共に使用するのに適した、連接チャネル復号器及び判定器を持つ受信機のブロック図を示す。図8において、判定器または復号器1は上述の空間-時間sphere復号器を含み、復号器2は従来のチャネル復号器を含む。図9は反復または「ターボ(turbo)」復号を用いる連接復号器または判定器をもつ、図8の受信機の変形ブロック図を示す。図10は復号器1の2つの場合を含む受信機のブロック図を示し、それは、例えば、空間‐時間復号器を含む。図10において、1つの復号器の出力は他の復号器に関する事前知識を提供する。このように、復号器構成要素は判定データの信頼性を向上させるために反復して有効にそれ自身とソフト情報を交換する。受信信号は双方の復号器に提供され、随意的に(送信機のインタリーブ配置に応じて)1つの場合ではインタリーブされる。
FIG. 7 shows a block diagram of a transmitter with a concatenated channel encoder; the frequency selective channel can be considered an “encoder”. In FIG. 7,
FIG. 8 shows a block diagram of a receiver with a concatenated channel decoder and a determiner suitable for use with the transmitter of FIG. In FIG. 8, the determiner or
図11は4×4 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)MIMOシステムについて、受信アンテナ当たりの信号対雑音比(dB)に対するコード化および非コード化BER(ビット誤り率)を示し、無相関フラットレイリーフェージング(Rayleigh-faded)チャネル状態のもとで、非コード化(曲線800,802,804,806)およびコード化(曲線801,803,805,807)伝送信号について、上述のようにさまざまな回路に計算反復を制限したようなsphere復号器(曲線802乃至807)、最尤(ML)検出器(曲線800,801)の特性を示している。結果は500データブロックのシミュレーションで得られ、sphere復号器は250(曲線802,803)、500(曲線804,805)、および1000(曲線806,807)回の距離メトリックの計算にそれぞれ制限されている。2乗されたsphere半径の値は以下に等しかった:
5×(雑音分散)×(受信アンテナの数)/(送信アンテナ当たりの平均信号電力)
ML判定器は受信シンボルあたり8×164=524288距離メトリックの測定を必要とし、その結果、250、500、および1000回の計算を行うsphere復号器が少なくともそれぞれおよそ1/2000、1/1000および1/500に計算量を削減している。
FIG. 11 shows coded and uncoded BER (bit error rate) versus signal-to-noise ratio (dB) per receive antenna for a 4 × 4 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) MIMO system, and uncorrelated flat Rayleigh fading (Rayleigh -faded) Repeated computations in various circuits as described above for uncoded (curves 800, 802, 804, 806) and coded (curves 801, 803, 805, 807) transmission signals under channel conditions The characteristics of the sphere decoder (curves 802 to 807) and the maximum likelihood (ML) detector (curves 800 and 801) are shown. The result is obtained by simulation of 500 data blocks, and the sphere decoder is limited to 250 (curves 802, 803), 500 (curves 804, 805), and 1000 (curves 806, 807) distance metric calculations, respectively. Yes. The squared sphere radius value was equal to:
5 x (Noise variance) x (Number of receiving antennas) / (Average signal power per transmitting antenna)
The ML determiner requires measurement of 8 × 16 4 = 524288 distance metrics per received symbol, so that a sphere decoder performing 250, 500, and 1000 calculations is at least approximately 1/2000, 1/1000 and The calculation amount is reduced to 1/500.
上述された技術は、我々がmax-log-MAPsphere復号器と称したものに適用することができる。それは、出願人の審査中の英国特許出願no.0323211.3 、2003年10月3日出願(およびこの英国出願から優先権主張した対応出願もまた)に記述され、その内容は、特に、その文献の式11のsphere復号器評価に関する制限を提供するため、ここにそれらの全体を引用文献として組み込んでいる。
The technique described above can be applied to what we have called a max-log-MAPsphere decoder. It is a UK patent application no. No. 0323211.3, filed Oct. 3, 2003 (and also the corresponding application claiming priority from this UK application), the contents of which specifically provide limitations on the sphere decoder evaluation of
発明の実施例は、例えば、無線のコンピュータまたは電話ネットワークのためのMIMOおよび多ユーザシステムを含む、多くの型の通信システムの応用を有する。多ユーザ・システムでは、例えば生成行列、または等価的なチャネル行列はユーザに関する拡散及びチャネル効果の組合せを表す(例えば、ここに引用文献として組込まれているL.Brunel、「Optimum Multiuser Detection for MC-CDMA Systems Using Sphere Decoding」、12th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications、volume1、30 Sept.-3 Oct.2001 pagesA16〜A20参照)。
Embodiments of the invention have many types of communication system applications including, for example, MIMO and multi-user systems for wireless computer or telephone networks. In multi-user systems, for example, a generator matrix, or equivalent channel matrix, represents a combination of spreading and channel effects for the user (eg, L. Brunel, “Optimum Multiuser Detection for MC-, incorporated herein by reference). CDMA Systems Using Sphere Decoding ", 12th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications,
いくつかの応用において、復号器は周波数選択性フェージングのためのブロック等化器として用いられることができる。ここで、式9のチャネル・モデルは下に示すようにチャネル・メモリを考慮するように修正される: In some applications, the decoder can be used as a block equalizer for frequency selective fading. Here, the channel model in Equation 9 is modified to take into account channel memory as shown below:
発明の実施例は式7に基づいて最尤符号語または軟出力を提供する。例示的実施例において、入力rを用いかつ生成行列としてGを使用しているsphere復号器は受信信号rとその探索における可能な伝送符号語の各々との間の距離を決定する。最小距離を有する符号語は最尤符号語である。これは2進分野{0,1}から符号化値{-1,+1}へ情報および符号語ブロックの翻訳を採用し、したがって数学演算が使用される。 Embodiments of the invention provide maximum likelihood codewords or soft outputs based on Equation 7. In an exemplary embodiment, a sphere decoder using input r and using G as a generator matrix determines the distance between received signal r and each of the possible transmission codewords in the search. The codeword with the smallest distance is the maximum likelihood codeword. This employs the translation of information and codeword blocks from the binary field {0, 1} to the encoded value {-1, +1}, so mathematical operations are used.
一般に、上記sphere復号技術の実施例は(望ましくは線形) 生成行列によって表現可能な任意のシステムに適用することができる。
当業者は、上述の技術が例えば、基地局、アクセスポイントおよび/または移動体端末で使われるかもしれないことを認識するであろう。概して発明の実施例は、性能の損失なく安価な受信機を、または対応して増加する複雑さと費用の増加を伴わずデータ伝送速度の向上を容易にする。発明の実施例はまた、非無線システム、例えば、事実上多重送信機のように作動する多重読取りヘッドと多重データ記録層を有するディスクドライブに、潜在的に応用を見出すかもしれない。
In general, the above embodiment of the sphere decoding technique can be applied to any system that can be represented by a (preferably linear) generator matrix.
Those skilled in the art will recognize that the above-described techniques may be used, for example, in base stations, access points and / or mobile terminals. In general, embodiments of the invention facilitate an inexpensive receiver without loss of performance, or a corresponding increase in data transmission rate without increasing complexity and cost. Embodiments of the invention may also find potential application in non-wireless systems, eg, disk drives having multiple read heads and multiple data recording layers that operate like a multiple transmitter in nature.
勿論、他の多くの効果的な選択肢が当業者には頭に浮かぶであろう。本発明が記述された実施例に限定されず、これに関して付加された請求項の精神及び範囲内にある当業者に明白な修正を包含することは理解されるであろう。 Of course, many other effective options will occur to those skilled in the art. It will be understood that the invention is not limited to the described embodiments, but includes modifications apparent to those skilled in the art which are within the spirit and scope of the claims appended hereto.
Claims (18)
チャネルによって決定される多次元格子の、ある領域内のシンボルの候補を探索する事によってシンボル候補の列であるシンボル列の候補を一つ以上探索し、前記格子は前記シンボル列の各シンボルに対応する一つの次元を有し、前記領域は前記受信信号からの距離によって定義されており、
前記受信信号に対して前記シンボル列の候補を一つ以上選択する事によって前記シンボル列を復号する事を含み、
前記シンボル候補の探索は前記送信されたシンボルの候補値を選択し、選択された前記候補により定義された前記格子が前記受信信号からの境界距離の内側にあるか否かをテストする事を含み、
前記探索を、制限された回数の候補シンボルをテストした後に止める機能を具備する事を特徴とする信号復号方法。 A method for decoding a signal generated by having one value among a plurality of values encoded as a symbol string using a plurality of symbols and received through a channel,
By searching for candidate symbols in a certain region of the multidimensional lattice determined by the channel, one or more candidate symbol sequences are searched, and the lattice corresponds to each symbol in the symbol sequence. And the region is defined by a distance from the received signal,
Decoding the symbol sequence by selecting one or more candidate symbol sequences for the received signal;
The symbol candidate search includes selecting a candidate value of the transmitted symbol and testing whether the grid defined by the selected candidate is within a boundary distance from the received signal. ,
A signal decoding method comprising a function of stopping the search after testing a limited number of candidate symbols.
チャネルによって決定される多次元格子の、ある領域内のシンボルの候補を探索する事によってシンボル候補の列であるシンボル列の候補を一つ以上探索し、前記格子は前記シンボル列の各シンボルに対応する一つの次元を有し、前記領域は前記受信信号からの距離によって定義されており、
前記受信信号に対して前記シンボル列の候補を一つ以上選択する事によって前記シンボル列を復号する事を含み、
前記シンボル候補の探索は前記送信されたシンボルの候補値を選択し, 選択された前記候補により定義された前記格子が前記受信信号からの境界距離の内側にあるか否かをテストする事を含み、前記探索を、制限された回数の候補シンボルをテストした後に止める機能を具備する事を特徴とする復号器。 A decoder that decodes a signal that is transmitted after being encoded as a symbol string using a plurality of symbols and having been generated through having one value among a plurality of values and received through a channel,
By searching for candidate symbols in a certain region of the multidimensional lattice determined by the channel, one or more candidate symbol sequences are searched, and the lattice corresponds to each symbol in the symbol sequence. And the region is defined by a distance from the received signal,
Decoding the symbol sequence by selecting one or more candidate symbol sequences for the received signal;
The symbol candidate search includes selecting a candidate value of the transmitted symbol and testing whether the lattice defined by the selected candidate is within a boundary distance from the received signal. A decoder having a function of stopping the search after testing a limited number of candidate symbols.
前記列について候補シンボルの受信信号空間における前記受信信号からの距離を決定することにより、前記受信信号の半径内の伝送されたシンボル列の候補を探索し、復号されたデータ出力を提供するsphere復号器と、
前記距離決定をカウントし、前記カウントに応答して探索することを止めるためにsphere復号器を制御するsphere復号器コントローラとを含む復号器。 A decoder for decoding a received signal including a symbol sequence transmitted on a channel,
Sphere decoding that searches for candidates of transmitted symbol sequences within a radius of the received signal and provides a decoded data output by determining the distance of the candidate symbol from the received signal in the received signal space for the sequence And
A decoder including a sphere decoder controller that counts the distance determination and controls a sphere decoder to stop searching in response to the count.
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